【IT168專稿】近期，公司讓我負(fù)責(zé)一個(gè)嵌入式消費(fèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。此產(chǎn)品原來(lái)的操作系統(tǒng)是WinCE 5.0，現(xiàn)在因應(yīng)市場(chǎng)需求不但要增加功能更加強(qiáng)大的硬件，而且公司也要求把操作系統(tǒng)升級(jí)為WinCE 6.0。在接手此項(xiàng)目后，我立即開(kāi)始進(jìn)行操作系統(tǒng)的定制開(kāi)發(fā)，但結(jié)果卻是欲速則不達(dá)。

   后來(lái)，我在時(shí)間和成本的多重壓力因素下反思時(shí)，發(fā)現(xiàn)我犯了一個(gè)致命的錯(cuò)誤，就是為了更快的把產(chǎn)品推向市場(chǎng)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程應(yīng)該是移植操作系統(tǒng)而不是重新定制操作系統(tǒng)。本文根據(jù)我在此項(xiàng)目上得到的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，先分析BSP移植對(duì)WinCE的重要性和影響，然后在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)Bootloader、OAL和驅(qū)動(dòng)程序的移植來(lái)具體探討B(tài)SP的移植過(guò)程。

 什么是WinCE操作系統(tǒng)移植？

   （1）為什么要進(jìn)行操作系統(tǒng)移植？
   目前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛了，嵌入式產(chǎn)品充斥著許多領(lǐng)域，如日常生活的手機(jī)、MP4、PDA等都屬于典型的嵌入式系統(tǒng)。隨著技術(shù)和消費(fèi)者需求的變化，即使是同一類型的嵌入式產(chǎn)品也會(huì)存在著硬件平臺(tái)的變化，或會(huì)存在著軟件平臺(tái)的更新?lián)Q代。因此，為了更快的適應(yīng)市場(chǎng)需求，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程更傾向于移植操作系統(tǒng)而不是重新開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)。這樣不但可以節(jié)省時(shí)間，還能大大提高開(kāi)發(fā)效率。

   由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)，因此操作系統(tǒng)移植包含兩個(gè)層面上的工作：一個(gè)層面是CPU級(jí)的，另一個(gè)層面是板級(jí)的。由于WinCE操作系統(tǒng)幾乎完全是用C語(yǔ)言編寫的,所以可移植到眾多的32位微處理器上。這其中包括ARM、x86、MIPS和SHx等，而且CPU級(jí)的移植通常由微軟或芯片制造商來(lái)完成，這會(huì)極大地減輕0EM廠商開(kāi)發(fā)過(guò)程中移植操作系統(tǒng)的工作量，但板級(jí)層面的移植則還是需要由OEM廠商來(lái)完成的。

   一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)WinCE系統(tǒng)包括四層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用程序、WinCE內(nèi)核映像、板級(jí)支持包（BSP）、硬件平臺(tái)。而基本軟件平臺(tái)則主要由WinCE系統(tǒng)內(nèi)核映像（OS Image）和板卡支持包（BSP）兩部分組成。因?yàn)閃inCE系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)，因此即使CPU處理器相同，但是如果開(kāi)發(fā)板上的外圍硬件不相同，這個(gè)時(shí)候還是需要修改BSP來(lái)完成一個(gè)新的BSP。因此換句話說(shuō)，就是WinCE的移植過(guò)程主要是改寫B(tài)SP的過(guò)程。

   （2）什么是板級(jí)BSP移植？
   一般來(lái)說(shuō)，從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)和定制WinCE BSP是需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，BSP的定制開(kāi)發(fā)在整個(gè)嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間上占了很大比例。所以，快速的BSP移植是適應(yīng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境的一個(gè)捷徑。BSP(Board Support Packet——板級(jí)支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開(kāi)發(fā)包，它主要的功能是給上層提供統(tǒng)一接口，同時(shí)屏蔽各種硬件底層的差異，以及提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件驅(qū)動(dòng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是BSP包含了所有與硬件有關(guān)的代碼，為操作系統(tǒng)提供了硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)性。因此，通過(guò)BSP系統(tǒng)，就能將CPU的硬件系統(tǒng)與Windows CE的軟件系統(tǒng)聯(lián)系為一個(gè)整體。

   從WinCE開(kāi)發(fā)文檔中我們可知，BSP是一個(gè)包括啟動(dòng)程序Bootloader、OEM適配層程序(OAL)、標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)板(SDB)和相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和配置文件的軟件包。其中Bootloader是加電即運(yùn)行的一段程序，它能初始化硬件，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射，為最終調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核做準(zhǔn)備。主要用于下載和啟動(dòng)鏡像nk.bin。而OAL則是邏輯上駐留在Windows CE內(nèi)核與目標(biāo)設(shè)備之間的代碼層，OEM廠商使用這些代碼把WinCE適配到自己的硬件上；在物理上OAL是與內(nèi)核庫(kù)連接在一起產(chǎn)生內(nèi)核可執(zhí)行文件。OAL簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng)與目標(biāo)代碼之間的通信，OAL代碼用來(lái)處理中斷、記時(shí)器、電源管理、通用I/O控制等。最后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是指本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序以及流接口驅(qū)動(dòng)程序。本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序有GEWS.exe加載的鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏、顯示驅(qū)動(dòng)等；而流接口驅(qū)動(dòng)程序使用一組流函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常由Device.exe加載，如網(wǎng)卡、聲卡、USB等

WinCE BSP移植的流程和步驟

   從前文分析我們可以知道，WinCE系統(tǒng)移植的重點(diǎn)是BSP 的移植。而B(niǎo)SP移植主要包括啟動(dòng)程序Bootloader、OEM適配層程序OAL、標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)板(SDB)本地驅(qū)動(dòng)程序以及一些文件配置的修改。以下是WinCE BSP移植的主要內(nèi)容和流程步驟：

   （1）啟動(dòng)程序Bootloader的移植步驟
   修改Bootloader是移植Win CE系統(tǒng)第一步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個(gè)穩(wěn)定工作的啟動(dòng)程序，才能夠進(jìn)一步完成WinCE BSP的移植。Bootloader主要用來(lái)管理目標(biāo)平臺(tái)的啟動(dòng)過(guò)程，它是一段單獨(dú)的程序代碼，通過(guò)這段小程序可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖和下載操作系統(tǒng)的映像文件等，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，它一般存放于目標(biāo)平臺(tái)的非易失存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM或Flash。

   一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于Bootloader的功能,不同的場(chǎng)合區(qū)別很大。比如，在桌面Windows版的PC硬件平臺(tái)上，由于硬件啟動(dòng)根本就不通過(guò)Bootloader（而是通過(guò)BIOS），所以Bootloader就無(wú)需對(duì)CPU加電后的初始化做任何工作；而在嵌入式WinCE平臺(tái)上，Bootloader是最先被執(zhí)行的程序，所以就必須包括加電初始化程序，同時(shí)通常Bootloader必須包含下載WinCE映像文檔的功能。由于Bootloader會(huì)涉及到基本的硬件操作，如CPU的結(jié)構(gòu)、指令等，也會(huì)又涉及到以太網(wǎng)下載協(xié)議和映像文檔格式。因此，從零開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的話會(huì)需要相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程，通常的做法是利用微軟為每種類型的CPU提供的某種標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)板的Bootloader例程。

   根據(jù)我在這次項(xiàng)目移植得到的經(jīng)驗(yàn)，Bootloader的移植步驟主要是：①是修改相應(yīng)的dir、source文件；②是修改makefile.inc；③是修改boot.bib，使其不與config.bib中的內(nèi)存分配造成沖突；④是改進(jìn)eboot，因?yàn)閑boot燒寫NK.BIN的時(shí)候會(huì)查找BINFS分區(qū)，然后把下載的image燒寫到BINFS分區(qū)。

   （2）OAL的移植步驟
   OAL的全稱是OEM Adaption Layer，即原始設(shè)備制造商適配層。它是位于Windows CE內(nèi)核和目標(biāo)硬件平臺(tái)之間的一個(gè)代碼層，OAL主要負(fù)責(zé)Windows CE與硬件通信，它與CPU、中斷、內(nèi)存、時(shí)鐘和調(diào)試口等核心設(shè)備相關(guān)，也是OAL各個(gè)模塊代碼被編譯后（.lib）和其它內(nèi)核庫(kù)鏈接到一起形成Windows CE的內(nèi)核可執(zhí)行文檔NK.EXE的關(guān)鍵。簡(jiǎn)單的說(shuō)，OAL就是用來(lái)屏蔽CPU平臺(tái)的細(xì)節(jié)和抽象硬件功能，以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核的可移植性。

   從邏輯結(jié)構(gòu)上看，OAL位于WinCE操作系統(tǒng)的內(nèi)核與硬件之間，是連接WinCE系統(tǒng)與硬件的樞紐；從功能上看，OAL頗似桌面PC上的BIOS，具有初始化設(shè)備、引導(dǎo)操作系統(tǒng)以及抽象硬件功能等作用。但與B10S不同的是，0AL隸屬于操作系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)的一部分。

   從我在這次項(xiàng)目中得到的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，Windows CE安裝目錄的子目錄中都包含有OAL的部分源碼。OAL的移植實(shí)現(xiàn)應(yīng)是在fwxsc1.s、main.c、Flash.c、Edeviceinit.c等文件中，可根據(jù)實(shí)際需要修改相應(yīng)的代碼。在OAL移植過(guò)程中，主要是修改這幾個(gè)函數(shù)：修改Startup.s函數(shù)、修改串口調(diào)試函數(shù)、修改OEMInit函數(shù)、修改系統(tǒng)時(shí)鐘函數(shù)和修改中斷處理函數(shù)等。實(shí)際上，大多數(shù)情況下開(kāi)發(fā)工程師對(duì)OAL只要修改即可，甚至無(wú)需修改。